重读Java设计模式: 桥接模式详解

引言

在软件开发中，经常会遇到需要在抽象与实现之间建立连接的情况。当系统需要支持多个维度的变化时，使用传统的继承方式往往会导致类爆炸和耦合度增加的问题。为了解决这一问题，我们可以使用桥接模式。桥接模式是一种结构型设计模式，它将抽象部分与其实现部分分离，使它们可以独立地变化。本文将深入探讨桥接模式的概念、应用场景以及在实际项目中的实现方式。

一、理解桥接模式

1.1 什么是桥接模式？

桥接模式是一种结构型设计模式，旨在将抽象部分与其实现部分分离，使它们可以独立地变化。桥接模式通过将抽象和实现解耦，使得它们可以独立地扩展，而不会相互影响。这种分离使得系统更加灵活，可以应对不断变化的需求。

1.2 桥接模式的角色

在桥接模式中，通常有以下几个角色：

抽象化（Abstraction）：定义抽象类的接口，并维护一个指向实现化对象的引用。
扩展抽象化（Refined Abstraction）：对抽象化角色进行扩展，实现更加精细的抽象接口。
实现化（Implementor）：定义实现类的接口，供抽象化角色调用。
具体实现化（Concrete Implementor）：具体的实现类，实现了实现化角色定义的接口。

二、桥接模式的应用场景

2.1 多维度变化的情况

当一个类存在多个变化维度，并且这些变化维度需要独立扩展时，可以考虑使用桥接模式。例如，一个形状类有不同的颜色和绘制方式，可以使用桥接模式将形状与颜色、绘制方式分离，实现各自独立的扩展。

2.2 需要避免使用继承的情况

在传统的继承方式中，类的继承关系是静态的，一旦继承关系确定，就不容易变化。而使用桥接模式可以在运行时动态地选择抽象和实现的组合，避免了继承方式的静态性。

三、Java 中的桥接模式实现

在 Java 中，桥接模式的实现通常通过接口和实现类组合的方式来实现。我们就以上面说的一个形状有不同的颜色和绘制方式，可以使用桥接模式将形状与颜色方式分离，实现各自独立的扩展举例。

先来看下示例的 UML 图：

抽象化与扩展抽象化部分

public abstract class Shape {
  protected final DrawApi drawApi;

  public Shape(DrawApi api) {
    this.drawApi = api;
  }

  public abstract void draw();
}

public class Circle extends Shape {
  public Circle(DrawApi api) {
    super(api);
  }

  @Override
  public void draw() {
    System.out.println("Draw Circle : " + drawApi.draw());
  }
}

public class Square extends Shape {

    public Square(DrawApi api) {
        super(api);
    }

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Draw Square: " + drawApi.draw());
    }
}

实现化部分与具体实现化部分

public interface DrawApi {
  String draw();
}

public class RedDraw implements DrawApi{
  @Override
  public String draw() {
    return "使用红色颜料画图";
  }
}

public class BlueDraw implements DrawApi{
  @Override
  public String draw() {
    return "使用蓝色颜料画图";
  }
}

客户端部分

package com.markus.desgin.mode.structural.bridge;

/**
 * @Author: zhangchenglong06
 * @Date: 2024/3/12
 * @Description:
 */
public class BridgePatternDemo {
  /**
   * Spring 中 JdbcTemplate 和 DataSource 之间的关系就是一种 桥接模式
   * @param args
   */
  public static void main(String[] args) {

    RedDraw redDraw = new RedDraw();
    BlueDraw blueDraw = new BlueDraw();

    Shape red = new Circle(redDraw);
    Shape blue = new Circle(blueDraw);
    red.draw();
    blue.draw();

    red = new Square(redDraw);
    blue = new Square(blueDraw);
    red.draw();
    blue.draw();
  }
}

四、桥接模式在 Spring 框架中的应用

在 Spring 框架中，使用桥接模式的一个典型例子是在 JdbcTemplate 和 DataSource 之间。这两个组件是 Spring 框架中处理数据库操作的核心组件之一。

JdbcTemplate

JdbcTemplate 是 Spring 框架提供的一个用于简化 JDBC 编程的类，它封装了大量的 JDBC 操作，使得开发者可以通过简单的方法调用来执行数据库查询、更新等操作，而无需手动管理数据库连接、预处理语句、结果集等资源。通过使用 JdbcTemplate，开发者可以专注于业务逻辑的实现，而不用过多关注底层的数据库操作细节。

DataSource

DataSource 是 Java 中用于管理数据库连接的接口，它定义了一系列获取数据库连接的方法，如 getConnection()，getConnection(username, password) 等。在实际应用中，DataSource 通常是由数据库厂商提供的具体实现，比如 Apache 的 Commons DBCP、C3P0 等。

桥接模式应用

Spring 框架中使用桥接模式的地方就是在 JdbcTemplate 和 DataSource 之间的连接。具体来说，JdbcTemplate 充当了抽象化角色，而 DataSource 则充当了实现化角色。通过在 JdbcTemplate 中注入 DataSource 实例，Spring 可以利用桥接模式将两者连接起来，实现数据库操作的统一接口。这样一来，JdbcTemplate 就可以使用 DataSource 提供的数据库连接，从而执行相应的 SQL 操作。

下面是一个简单的示例代码，演示了 JdbcTemplate 和 DataSource 之间的桥接模式应用：

@Configuration
public class AppConfig {

    @Bean
    public DataSource dataSource() {
        // 配置数据源，这里使用 HikariCP 数据源作为示例
        HikariConfig config = new HikariConfig();
        config.setJdbcUrl("jdbc:mysql://localhost:3306/mydatabase");
        config.setUsername("username");
        config.setPassword("password");
        return new HikariDataSource(config);
    }

    @Bean
    public JdbcTemplate jdbcTemplate(DataSource dataSource) {
        // 注入数据源到 JdbcTemplate 中
        return new JdbcTemplate(dataSource);
    }
}

在上面的示例中，我们通过 @Bean 注解配置了一个 DataSource 实例，并将其注入到 JdbcTemplate 中。这样一来，在其他组件中就可以直接注入 JdbcTemplate，然后使用它来执行数据库操作，而不用关心底层的数据库连接细节。

总之，Spring 框架中使用桥接模式将 JdbcTemplate 和 DataSource 结合起来，使得开发者可以更加便捷地进行数据库操作，提高了开发效率和代码的可维护性。

五、设计模式百宝箱

在本节，我们继续填充我们的百宝箱：
- 面向对象基础
  - 抽象
  - 封装
  - 多态
  - 继承
- 面向对象原则
  - 依赖抽象，不要依赖具体类
  - 针对接口编程，不针对具体实现编程
  - 类应该对扩展开放，对修改关闭
  - 为交互对象之间的松耦合设计而努力
  - 多用组合，少用继承
- 面向对象设计模式
  - 简单工厂模式：定义了一个创建对象的接口，将创建对象的内容从客户端抽离出来
  - 抽象工厂模式：提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而不需要明确指定具体类
  - 原型模式：通过复制现有对象来创建新对象，提高代码效率和可维护性
  - 建造者模式：将一个复杂对象的构建过程与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示
  - 适配器模式：将一个类的接口转换成客户期望的另一个接口。适配器让原来接口不兼容的类可以合作无间
  - 桥接模式：将抽象与实现分离，不止改变你的实现，也能改变你的抽象

六、总结

总结一下，本篇文章详细介绍了桥接模式在 Java 设计中的应用，以及在 Spring 框架中的实际应用。首先，它解释了桥接模式的基本概念和角色，以及适用场景。然后，通过一个形状与颜色绘制方式分离的示例展示了桥接模式的实现。最后，以 JdbcTemplate 和 DataSource 之间的关系为例，说明了桥接模式在 Spring 中的应用，通过桥接模式将两者连接起来，实现了数据库操作的统一接口。

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